FLOTAÇÃO REVERSA DE MINÉRIO DE FERRO PROVENIENTE DO ... · 4.3 Planejamento dos experimentos 26 4.4 Teste de Flotação Reversa 27 4.5 Preparação dos Reagentes 28 4.6 Teste de

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS

DEPARTAMENTO DE MINAS E CONSTRUÇÃO CIVIL

CURSO DE ENGENHARIA DE MINAS

FLOTAÇÃO REVERSA DE MINÉRIO DE FERRO PROVENIENTE DO

DEPÓSITO JAMBREIRO DA REGIÃO DE GUANHÃES-MG

MARIANA APARECIDA TORRES

ARAXÁ

2015


FLOTAÇÃO REVERSA DE MINÉRIO DE FERRO PROVENIENTE DO

DEPÓSITO DE JAMBREIRO DA REGIÃO DE GUANHÃES-MG

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro de Minas. Orientadora: Profª. Drª. Michelly dos Santos Oliveira. Co-Orientador: Prof. Ms. Leandro Henrique Santos.

ARAXÁ

2015


FLOTAÇÃO REVERSA DE MINÉRIO DE FERRO PROVENIENTE DO DEPÓSITO

DE JAMBREIRO DA REGIÃO DE GUANHÃES-MG

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro de Minas.

Data de aprovação: 10 /08 /2015

Banca Examinadora:

Profª. Drª. Michelly dos Santos Oliveira – Presidente da Banca Examinadora Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Orientadora

Prof.Ms. Leandro Henrique dos Santos Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais

Prof. Marcélio Prado Fontes Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais

Prof. Francisco de Castro Valente Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais

DEDICATÓRIA

À memória da minha querida avó Maria Cândida Bernardes.

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus por ter me concedido forças para seguir em

frente com a pesquisa, encaminhando-a da melhor forma possível.

Aos meus orientadores Michelly dos Santos Oliveira e Leandro Henrique

Santos, que além de orientadores se tornaram amigos, dedicando parte do seu

tempo para me ajudar a realizar e desenvolver o meu trabalho, além de me auxiliar

com muita paciência.

Aos meus pais, Jefferson Lima Torres e Selma Aparecida Torres, por me

incentivarem, apoiando minhas decisões, acreditando que sou capaz, e meus irmãos

Taiana Torres, Vitor Henrique Lima Torres e Vitória Lima Torres pelo apoio e amor

dedicado.

A meu namorado Matheus Alexandre Pereira Vaz pelo companheirismo,

dedicação oferecida e pela compreensão nos momento de estudos.

Aos meus amigos e familiares por terem me dado forças para desenvolver

este trabalho, em especial Layane Lórem Pimenta, Luis Alberto Silva e Victor

Leonardo de Oliveira Soares pela ajuda e auxilio nos momentos de necessidade.

À empresa de capital australiano Centaurus Metals Brasil - CBM pela

amostra, incentivo ao desenvolvimento, apoio e oportunidade.

“Pode-se vencer pela inteligência,

pela sorte ou pela habilidade,

mas nunca sem trabalho”

Destoef

RESUMO

O cenário mundial para o minério de ferro vem apresentando dia após dia reservas de teores cada vez mais reduzidos, além da crescente demanda mundial por este recurso. Diante disto, se apresenta como estratégica a necessidade de busca por técnicas alternativas para o processo produtivo deste bem mineral. O objetivo deste trabalho consiste na avaliação da concentração de minério de ferro pelo método da flotação reversa com amina, sendo realizados os experimentos no laboratório de tratamento de minérios do CEFET-MG, Unidade Araxá. O minério estudado é proveniente do depósito do quadrilátero ferrífero denominado Depósito Jambreiro, distante cerca de 20 km do município de Guanhães – MG. Foram analisadas as variáveis operacionais dosagem de coletor e dosagem de depressor, sendo estes Flotigam EDA e amido de milho gelatinizado, respectivamente. A caracterização química da amostra feita na alimentação do processo indicou a presença de SiO2

(52,33%), Fe2O3 (46,46%), assim como outros elementos em menor porcentagem como SO3 (0,607%), K2O (0,309%), CaO (0,223%) e MnO (0,061%). A análise de fluorescência de raio-X indicou que o principal mineral portador de ferro é a hematita, enquanto que o quartzo é o principal mineral de ganga.Com o uso do coletor Flotigam EDA e dosagem de 150 g/t, depressor amido de milho com dosagem de 200 g/t, encontrou-seuma expressiva recuperação do mineral de interesse a partir da amostra de minério de ferro proveniente do depósito de Jambreiro da região de Ganhães- MG, além da melhor porcentagem de Fe de 39,70%.

Palavras-chave: Flotação reversa. Reagentes. Minério de ferro.

.

ABSTRACT

The global scenario for iron ore has shown day after day levels of reserves dwindling, and the increasing worldwide demand for this feature. Given this, it has a strategic need to search for alternative techniques for the production process of this well-mineral. The objective of this study is to assess the concentration of iron ore by the method of reverse flotation amine, the experiments being conducted in the laboratory treatment of CEFET-MG ores, Araxá unit. The ore is studied from the deposit of iron quadrangle called deposit Jambreiro, far about 20 km from the city of Guanhães - MG. The collector dosage and dosage operating variables were analyzed depressant, these being Flotigam EDA and gelatinized corn starch, respectively. The chemical analysis of the sample made in the process feed indicated the presence of SiO2 (52.33%), Fe2O3 (46.46%) and other elements to a lesser percentage as SO3 (0.607%), K2O (0.309%), CaO (0.223%) and MnO (0.061%). The X-ray fluorescence analysis indicated that the mineral iron is hematite main carrier, while quartz is the main mineral gangue. Using the Flotigam EDA and collector dosage of 150 g / t, depressant cornstarch with dosage of 200 g / t, found a significant recovery of the mineral of interest from the sample of iron ore from the deposit Jambreiro MG Ganhães- the region beyond the best percentage of Fe 39.70%.

Keywords:Reverse flotation. Reagents. Iron ore.

ILUSTRAÇÕES

A) FIGURAS

FIGURA 1.1 – LOCALIZAÇÃO DO DEPÓSITO DE JAMBREIRO ................................................. 5

FIGURA 3.1 – LOCALIZAÇÃO DAS PRINCIPAIS MINAS DE MINÉRIO DE FERRO NO BRASIL. ...... 11

FIGURA 4.1 – MOINHO DE BOLAS .................................................................................. 24

FIGURA 4.2 – PILHA DE HOMOGENEIZAÇÃO E QUARTEAMENTO ......................................... 25

FIGURA 4.3 – MATERIAL FLOTADO E MATERIAL AFUNDADO RESPECTIVAMENTE .................. 30

B) QUADROS

QUADRO 3.1 – FÓRMULA QUÍMICA, CONTEÚDO TEÓRICO DE FERRO (EM %), DENSIDADE

RELATIVA E IMAGENS DOS PRINCIPAIS MINERAIS PORTADORES DE FERRO. .................... 9

QUADRO 3.2 – MINERALOGIA DOS DIFERENTES TIPOS COMPOSICIONAIS DE FORMAÇÕES

FERRÍFERAS ......................................................................................................... 14

QUADRO 1.1 – DISTRIBUIÇÃO GEOGRÁFICA DA FLOTAÇÃO DE MINÉRIOS DE FERRO NO MUNDO

........................................................................................................................... 16

C) GRÁFICOS

GRÁFICO 5.1 – ANÁLISE GRANULOMÉTRICA ................................................................... 34

GRÁFICO 5.2 – RECUPERAÇÃO MÁSSICA X DOSAGEM DE COLETOR ................................. 35

GRÁFICO 5.3 – DOSAGEM DE COLETOR X TEOR ............................................................. 36

LISTA DE TABELAS

TABELA 3.1 – PRODUÇÃO DE MINÉRIO DE FERRO ESTIMADA............................................. 12

TABELA 4.1 – PENEIRAS UTILIZADAS .............................................................................. 26

TABELA 4.2 – MATRIZ DE PLANEJAMENTO ...................................................................... 27

TABELA 4.3 – PARÂMETROS OPERACIONAIS CONSTANTES ............................................... 27

TABELA 5.1 – CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA (MINÉRIO DE FERRO) ....................................... 33

TABELA 5.2 – RESULTADOS DE RECUPERAÇÃO E TEOR DOS TESTES DE FLOTAÇÃO ............ 34

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 3

2 OBJETIVOS 7

2.1 Objetivo geral 7

2.2 Objetivos específicos 7

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 8

3.1 Minério de Ferro 8

3.1.1 Panorama Nacional do Minério de Ferro 10

3.1.2 Minérios de ferro do Quadrilátero Ferrífero 12

3.2 Os métodos utilizados para concentração de minério de ferro 15

3.2.1 A flotação 17

4 METODOLOGIA 23

4.1 Materiais 23

4.2 Amostra 23

4.2.1 Preparação da amostra 24

4.2.2 Caracterização da Amostra 25

4.3 Planejamento dos experimentos 26

4.4 Teste de Flotação Reversa 27

4.5 Preparação dos Reagentes 28

4.6 Teste de Flotação 29

4.7 Cálculo da densidade da amostra 30

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES 33

5.1 Caracterização Química 33

5.2 Distribuição Granulométrica 33

5.3 Resultados dos Testes de Flotação 34

6 CONCLUSÃO 38

7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 39

REFERÊNCIAS 40

ANEXO A– RESULTADO DOS TESTES DE FLOTAÇÃO REVERSA 43

3

1 INTRODUÇÃO

No tratamento de minérios, a etapa de concentração apresenta suma

importância na cadeia produtiva mundial de bens minerais. Esta etapa visa uma

separação seletiva dos minerais, que se fundamenta nas diferentes propriedades

entre os minerais-minério e os minerais de ganga. Durante o processo podem ser

exploradas propriedades diferenciadoras, tais como: condutividade elétrica, peso

específico, propriedades de superfície, entre outras existentes. Possui como

principais métodos: separação magnética, separação gravítica ou gravimétrica,

flotação e seleção manual.

Para garantir a eficiência na etapa de concentração há necessidade de que

os minerais estejam separados fisicamente, isto é, a partícula deve apresentar

composição monominerálogica o que corresponde a partículas minerais compostas

por uma única espécie mineralógica. Para que tal cenário seja alcançado o minério

deve ser submetido à etapa de cominuição visando-se obter uma liberação

adequada dos seus constituintes minerais. Como resultado da concentração do

minério, são obtidos dois produtos sendo estes, concentrado e rejeito. Esta etapa

visa atingir um alto teor de mineral-minério no concentrado e, consequentemente, o

menor teor possível na ganga.

Atualmente o método de flotação é dominante no tratamento de minérios para

quase todos os tipos de minérios. Isto se deve à sua alta seletividade e imensa

aplicabilidade. O método se baseia no comportamento físico-químico das superfícies

das partículas minerais que compõe a suspensão aquosa (polpa mineral). Os

sistemas de flotação possuem um dispositivo aerador responsável pela geração de

bolhas no interior da polpa mineral. Quando em contato com a suspensão aquosa,

as partículas que apresentarem afinidade pela bolha de ar (partículas hidrofóbicas)

irão se aderir às mesmas sendo encaminhadas para a zona de coleta, sendo

retiradas como material flotado. Já as partículas que apresentarem afinidade pela

água (partículas hidrofílicas) irão sedimentar, sendo retiradas como material

afundado.

4

A adição de reagentes na flotação permite uma maior eficiência na

concentração de espécies minerais em variadas associações mineralógicas

resultando em grande versatilidade da tecnologia da flotação. Os reagentes

químicos são adicionados à polpa mineral, permitindo induzir as propriedades de

superfície das partículas minerais, tanto para as hidrofóbicas, quanto para as

hidrofílicas. As proporções e tipos dos reagentes que são adicionados à polpa

dependem das características mineralógicas das espécies minerais de interesse

comercial (DUDENKOV et al., 1980 apud VERAS, 2010, p.7).

A flotação de minério de ferro em geral pode ser realizada por duas rotas:

reversa ou direta. Na primeira, a sílica é flotada com a ajuda de reagentes catiônicos

(aminas) e com os depressores (amido). Na flotação direta, o óxido de ferro é

flotado, através do uso de reagentes aniônicos como ácidos graxos ou sulfonato de

petróleo (LOPES, 2009).

A flotação catiônica reversa é considerada uma rota consagrada no Brasil.

Nesta rota, as aminas são empregadas como coletores, sendo consideradas efetivas

na flotação de silicatos e quartzo. Esta rota possui como vantagens uma boa

seletividade alcançada, além do fato de que as fases de interesse (hematita) se

encontram em maior proporção, em relação ao quartzo, fazendo com que o

consumo de coletores seja baixo (COSTA, 2009).

O Brasil possui reservas com altos teores de ferro e baixa quantidade de

elementos que são indesejados no processo, como por exemplo: o enxofre.

Atualmente as reservas mundiais de minério de ferro de alto teor estão se exaurindo,

diante do crescimento do mercado consumidor deste produto.

O complexo localizado cerca de 20 km da cidade de Guanhães, no estado de

Minas Gerais, é considerado uma reserva que contem baixo teor de ferro. Se

encontra inserido no embassamento da Faixa Araçuaí denominado de depósito de

Jambreiro que possui aproximadamente 128 Mt de minério. A formação ferrífera

bandada (FFB) ocorre em um enorme dobramento reclinado, na formação média do

grupo Guanhães, com plano axial e mergulho para a direção SW. Denominado

corpo Tigre com comprimento de 1,5 km e larguras de 40 a 80 metros, o flanco

5

sudoeste é o que apresenta maior homogeneidade e continuidade. O flanco

nordeste se apresenta sedimentado, gerando dois corpos menores denominados

Cruzeiros e Galo (SILVA et al., 2014). A FIG. 1.1 mostra a localização do depósito

de Jambreiro em relação a capital do estado.

Figura 1.1 – Localização do depósito de Jambreiro

Fonte: Centaurus Metals

Nas formações ferríferas bandadas (FFB) ocorrem corpos enriquecidos de

anfibólio e dolomita, além de algumas partes xistosas ricas em muscovita. As FFB’s

são homogêneas apresentando teor médio de ferro de 25% a 35%, além de grãos

de granulometria média a grosseira, com bandas milimétricas de hematita e baixas

quantidades de magnetita alternada com finas bandas de quartzo. A porção

intemperizada de profundidade de 60 a 80 metros apresenta uma formação ferrífera

bandada friável, o que permite uma concentração eficiente, basicamente utilizando-

se classificação, separação gravimétrica e separação magnética. A operação de

lavra não necessita do uso de explosivos. Além disso, minerais na parte intempérica,

como dolomita e actinolita, estão completamente ou parcialmente alterados

promovendo a geração de produtos que não são contaminados por cálcio e

magnésio (SILVA et al., 2014).

6

A rota prevista, até o momento, para o beneficiamento do minério de

Jambreiro é a concentração gravítica. Tendo em vista que a flotação não foi

investigada como opção para a concentração deste minério, testes de bancada

foram desenvolvidos no laboratório de Tratamento de Minérios do CEFET-MG,

Unidade Araxá, objetivando avaliar a eficiência da flotação catiônica reversa, método

consagrado para os minérios do quadrilátero ferrífero, neste caso específico.

7

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo geral

O objetivo principal deste trabalho consiste em aferir a viabilidade da

concentração do minério de ferro de Jambreiro pelo processo de flotação reversa.

2.2 Objetivos específicos

Como objetivos específicos destacam-se:

Avaliar o efeito da variação das dosagens dos reagentes coletor e depressor

na recuperação e no teor do mineral de interesse;

Contribuir com informações técnicas e dados experimentais para a

concentração de minério de ferro proveniente do depósito de Jambreiro da

região de Ganhães.

8

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1 Minério de Ferro

Os minérios de ferro são denominados como rochas a partir da qual se pode

extrair o metal de forma economicamente viável. Este metal ocupa o quarto lugar do

elemento mais abundante na natureza, cuja composição participa com cerca de 5%

em massa, sendo superado apenas pelo silício, alumínio e o oxigênio (DEVANEY,

1985 apud SOUZA, 2010, p. 1).

O minério de ferro é conhecido desde a civilização egípcia a 4000 a.C, sendo

que seu uso se tornou importante a 800 a.C., no início da idade do ferro (ALECRIM,

1982apud MAZON, 2006, p.4).

As possibilidades em grande escala do uso do ferro são devido a: (ABREU,

1973 apud MAZON, 2006, p. 4):

Descoberta dos processos de transformação do ferro gusa em aço; Conhecimento das propriedades magnéticas do ferro; Substituição do carvão de madeira pelo coque mineral na sua fabricação; Descoberta de Robert Hadfield sobre a melhoria das propriedades do aço pela adição de quantidades substanciais de manganês, fato este que marcou a era dos aços especiais.

Seus minérios mais comuns são a hematita (Fe2O3), a magnetita (Fe3O4), a

limonita (Fe2O3.3H2O), como carbonato, a siderita (FeCO3), ou ainda a pirita (FeS2).

Este último não pode ser extraído devido à presença do enxofre que altera

importantes propriedades do ferro (MOREIRA, 2007).

Embora o ferro (Fe) faça parte da composição de vários minerais, apenas

alguns destes podem ser economicamente explotados para a obtenção deste metal.

Isto se dá quer pela concentração ou distribuição desses minerais nas rochas que

constituem os corpos de minério, quer pela quantidade desse elemento nesses

minerais. Industrialmente, a única forma de obter o ferro é a partir de substâncias

minerais (CARVALHO et al., 2014).

9

De acordo com a composição química do mineral que fornece o elemento

metálico, os minérios de ferro, economicamente viáveis, são classificados em:

óxidos, sulfetos, silicatos e carbonatos. Apenas os óxidos possuem significativa

obtenção econômica (CARVALHO et al., 2014).

O aumento no aproveitamento econômico deste metal é mais expressivo

diante de um teor elevado do minério, como pode ser observado nos minerais

magnetita e hematita. Estes minerais contêm teores que variam entre 72% e 70%

respectivamente. No caso da siderita, o teor do metal se apresenta menos

expressivo, girando em torno de 48% (TAKEHARA, 2004 apud SILVA, 2014, p. 22).

Os principais minerais portadores e seus respectivos teores de ferro, entre

outra característica são apresentados no QUADRO 3.1 (CARVALHO et al., 2014).

Quadro 3.1 – Fórmula química, conteúdo teórico de ferro (em %), densidade relativa e imagens dos principais minerais portadores de ferro.

Mineral Fórmula

Química

Conteúdo teórico

de ferro (%)

Densidade

Relativa Imagem

Magnetita Fe3O4 72,4 5,1

Hematita Fe2O3 69,9 4,9 – 5,3

Goethita Fe2O3.H2O 62,9 3,3 – 4,3

Limonita 2Fe2O3.H2O 59,8 3,3 – 4,3

10

Ilmenita FeTiO3 36,8 4,5 – 5,0

Siderita FeCO3 48,2 3,7 – 3,9

Pirita FeS2 46,5 4,5 – 4,87

Pirrotita Fe(1*X)S 61,0 4,95 – 5,1

Fonte: adaptado de CARVALHO et al., 2014, p. 198.

3.1.1 Panorama Nacional do Minério de Ferro

Em 2011 o Brasil possuía cerca 29 bilhões de toneladas de minério de ferro,

aproximadamente 18% das reservas mundiais, estimadas em 160 bilhões de

toneladas. O Brasil se destaca mundialmente no que diz respeito às reservas em

termos de ferro contido, devido ao alto teor nos minérios hematita, predominante no

Pará, e itabirito, predominante em Minas Gerais (IBRAM, 2011 apud PORTES, 2013,

p. 6).

No Brasil o estado de Minas Gerais se apresenta com 67% das reservas de

minério de ferro, seguido pelo Pará (16%), Mato Grosso do Sul (15,5%), além dos

estados de Alagoas, Amazonas, Bahia, Ceará, Goiás, Pernambuco, Rio Grande do

Norte e São Paulo (1,5%) (DNPM, 2011apud PORTES, 2013, p. 6).

A FIG. 3.2 mostra a distribuição das principais minas de minério de ferro no

Brasil, sendo estas a Serra do Carajás (Pará), o Quadrilátero Ferrífero (Minas

11

Gerais) e Corumbá (Mato Grosso do Sul). O Quadrilátero Ferrífero corresponde à

área de maior destaque, com suas jazidas de minério de ferro cobrindo uma área

total de 7000 km2, apresentando teores que podem chegar a 65% (BIZZI et al., 2003

apud PORTES, 2013, p. 6).

Figura 3.1 – Localização das principais minas de minério de ferro no Brasil.

Fonte: adaptado de LAMOSO, 2001 apud PORTES, 2013, p. 6.

As maiores empresas produtoras no Brasil são: Vale (84,52%), CSN (5,45%),

Samarco (6,29%), MMX (2,03%) e Usiminas (1,71%) (IBRAM, 2012, p. 32).

A TAB. 3.1 mostra a produção estimada de minério de ferro no país.

12

Tabela 3.1 – Produção de minério de ferro estimada

Ranking Empresa / Ano 2011 2012 2015 2016

1 Vale 311.800 360.000 425.000 425.000

2 CSN 20.100 30.000 89.000 89.000

3 Samarco 23.223 24.000 30.500 30.500

4 Ferrous Resources - 3.000 23.000 40.000

5 Outros - - 1.500 20.000

6 MMX 7.500 13.000 42.500 42.500

7 Usiminas 6.300 12.000 29.000 29.000

8 Namisa - 8.000 - -

9 Anglo American - 5.500 3.500 35.000

10 Mineração Corumbaense - 5.000 10.000 10.000

11 V&M - 5.000 5.000 5.000

12 Arcelor Mittal - 4.300 15.000 15.000

13 Mhag - 1.000 12.000 12.000

14 Bahia Mineração - - 20.000 20.000

15 Bemisa - - 2.000 5.000

16 Manabi - - - 31.000

TOTAL 368.923 470.800 751.000 809.000

Fonte: IBRAM estimativas, 2012.

3.1.2 Minérios de ferro do Quadrilátero Ferrífero

O Quadrilátero Ferrífero, situado na região centro sul em Minas Gerais, com

área de cerca de 7000 km2, tem vértices sudeste em Mariana, sudoeste em

Congonhas, noroeste em Itabira e nordeste em Itaúna (DORR, 1959 apud

AZEVEDO et al., 2012, p. 186).

As séries Itacolomi, Rio das Velas e Minas formam a coluna estratigráfica

deste complexo, sendo estas compostas por rochas metamórficas, podendo haver

metassomatismo, granitização ou processos ígneos (BARBOSA, 1985; WALLACE,

1965; ROSIÈRE, 1987 apud MAZON, 2006, p. 11).

Os depósitos de minério de ferro são classificados como itabiritos,

apresentam rochas quartzosas contendo óxidos de ferro com alguns carbonatos e

silicatos, estes depósitos são do tipo Lago Superior (ALECRIM, 1982 apud

NASCIMENTO, 2010, p. 18).

13

Estes depósitos datam do Proterozóico Inferior (2,5 a 1,8 Ga). Eles

constituíram-se pela enorme abundância de sedimentos clásticos e vulcânicos que

se depositaram em grandes bacias marginais rasas (LIMA, 1995; MORRIS, 1980;

SILVA, 1990; MELNIK, 1982 apud MAZON, 2006, p. 10).

As rochas do Quadrilátero Ferrífero ocorrem nas formas de: quartzito

hematítico, itabirito quartzoso, itabirito, itabirito dolomítico, itabirito anfibólico, itabirito

clorito-dolomítico, itabirito com magnetita, itabirito magnético com talco, dolomito

hematítico, dolomito com magnetita, dolomito com leitos magnético-hiperstênico,

itabirito com leitos alternados (rico em magnetita e tremolita), dolomito quartzo-

hematítico, dolomito quartzo-magnético, dolomito com talco, clorita, anfibólio

(antofilita ou tremolita) e raramente muscovita (GUIMARÃES, 1961apudCOSTA,

2003, p. 5).

A sequência de formações ferríferas bandadas de espessuras mais

expressivas com corpos de minério de alto teor economicamente exploráveis

pertencem ao Grupo Itabira, sendo constituído por itabiritos, dolomitos e,

subordinadamente, metapelitos (ESCHWEGE, 1833 apud ROSIÈRE; JÚNIOR, 2000,

p. 28).

Itabiritos correspondem a formações ferríferas metamórficas e intensamente

oxidadas exibindo corpos de minério descontínuos de alto teor (acima de 64% Fe),

de morfologia aproximadamente lenticular e tamanhos alteráveis desde alguns

decímetros até centenas de metros (ESCHWEGE, 1833 apud ROSIÈRE; JÚNIOR,

2000, p. 28).

A mineralogia dos diferentes tipos composicionais de formações ferríferas

pode ser observada no QUADRO 3.2.

14

Quadro 3.2 – Mineralogia dos diferentes tipos composicionais de formações ferríferas

Tipos de formação ferrífera

Componentes Mineralógicos Principais

Componentes Acessórios

Itabirito comum

Hematita, martita, kenomagnetita, quartzo.

Clorita, sericita, dolomita ferroana, caolinita, cianita, óxidos de Mn, sulfetos, apatita, pirofilita.

Itabirito dolomítico

Martita, hematita, kenomagnetita, dolomita ferroana.

Calcita, grunerita-cummingtonita, clorita, stilpnomelana, biotita, tremolita, actinolita, quartzo (chert), sulfetos, pirofilita.

Itabirito anfibolítico

Martita, hematita, kenomagnetita, maghemita, grunerita-cummingtonita, tremolita, actinolita, quartzo.

Carbonato, talco, dolomita ferroana, egirina, biotita, Mg-riebeckita, kupferita, sulfetos.

Hematita - filito Hematita, sericita. Quartzo, clorita

Filito piritoso Pirita, matéria carbonosa

Fonte: PIRES, 1995 apud ROSIÈRE; JÚNIOR, 2000, p. 31).

A sequência de itabiritos no Quadrilátero Ferrífero é monótona, sendo a

hematita (sob a forma de martita, hematita granoblástica e especularita), o óxido que

predomina, sendo gerada em diversas gerações com nítida relação com o grau de

metamorfismo e deformação (ROSIÈRE et al.,2001a, no prelo apud ROSIÈRE;

JÚNIOR, 2000, p. 32).

A magnetita na maioria das vezes ocorre sob a forma de kenomagnetita como

cristais idiomórficos a hipidiomórficos, se apresentando individualmente ou

constituindo agregados (KULLERUD et al., 1969 apud ROSIÈRE; JÚNIOR, 2000, p.

32).

Normalmente, a magnetita ocorre como relictos no interior dos cristais de

hematita, tendo como mineral de ganga predominante o quartzo, bem como

anfibólios e dolomita. Há presença de outros silicatos como minerais acessórios

(ROSIÈRE; JÚNIOR, 2000).

15

3.2 Os métodos utilizados para concentração de minério de ferro

É de suma importância tanto para o entendimento quanto para a escolha do

método mais adequado para utilização no beneficiamento, os aspectos geológicos, a

gênese e em especial a mineralogia dos minérios de ferro (LOPES et al., 2011).

Pesquisadores constataram que o beneficiamento de minérios laminados

hematíticos e maciços, pode ser realizado por classificação granulométrica e

fragmentação (LOPES et al., 2011)

Utiliza-se apenas peneiramento para o minério pulverulento azul de teor

elevado. Para outros tipos de minérios, com baixo teor, concentra-se por métodos

que consideram a sua aglomeração mineralógica. A jigagem é mais eficaz para

minérios grosseiros de teores médios. Ciclonagem, separação magnética, meio

denso e determinadas práticas mais desenvolvidas como flotação em coluna e

separação multigravítica, foram eficazes na concentração das frações finas e das

lamas (UPADHYAY, 2009 apud LOPES et al., 2011, p. 126-127).

De acordo com Lopes et al., (2011, p. 127):

A escolha da técnica de concentração (concentração gravítica, separação magnética de baixa e alta intensidade, flotação) para as frações granulométricas finas de minérios brasileiros, sinter feed e pellet feed, é efetuada levando-se em consideração a proporção dos minerais-minérios de ferro e dos minerais de ganga presentes nos mesmos.

O sinter feed são considerados finos na faixa granulométrica de 6,3 a 0,1 mm

para sinterização e o pellet feed, concentrado abaixo de 0,1 mm, utilizado na

produção de pelotas para alto-forno (SCHNELLRATH et al., 2002). Para sínter feed

empregam-se concentração magnética e concentração gravítica (meio denso,

espirais e jigagem). Não recomenda-se a concentração magnética de alta

intensidade em minérios dos quais a magnetita e o quartzo são minerais

predominantes. A flotação reversa catiônica de pellet feed é altamente utilizada para

minérios, cujo mineral-minério predominante é a hematita, sendo a ganga

constituída principalmente pelo quartzo com baixa proporção de minerais de

alumínio. Ela é recomendada também para minérios, cujos minerais portadores de

16

ferro predominantes são a magnetita e geothita, associadas ao quartzo com baixas

proporções de alumino-silicatos (LOPES et al., 2011).

Segundo Lopes et al., (2011, p. 127):

Em circuitos industriais de beneficiamento de minério de ferro, que empregam concentração magnética de alta intensidade, faz-se necessária uma etapa inicial de desbaste em equipamentos de baixo campo magnético (acima de 2.000 G) para minérios de ferro com proporção volumétrica de 30% de magnetita. Para proporção volumétrica de magnetita entre 5% e 30%, a etapa de desbaste é efetuada por separação magnética de médio campo (2.000 G a 9.000 G).

Dentre as principais aplicações conhecidas da flotação de minério de ferro o

Brasil é destaque mundial com relação tanto ao número de usinas de concentração

quanto em termos de toneladas tratadas (acima de 80 milhões de toneladas por ano

de alimentação). O quadro resume as principais aplicações conhecidas da flotação

do bem mineral no mundo (ARAUJO; VIANA, 2003 apud ARAÚJO et al., 2013, p.

318).

Quadro 1.1 – Distribuição geográfica da flotação de minérios de ferro no mundo

PAÍS TECNOLOGIA Nº DE USINAS

EUA Flotação catiônica reversa de silicatos: FM e FC*

5

Canadá Flotação catiônica reversa de silicatos: FM 2

Chile Flotação catiônica reversa de silicatos: FP 1

México Flotação reversa de fosfatos: FM 1

Brasil Flotação catiônica reversa de silicatos: FM+FC (contemplando o emprego de células tipo tanque de grande volume)

10

Venezuela Flotação catiônica reversa de silicatos: FC 1 usina piloto e 1

projeto em implantação

Peru Flotação aniônica reversa de fosfatos: FM 1

Suécia Flotação reversa de fosfatos: FM+FC 1

Rússia Flotação catiônica reversa de silicatos e flotação direta (?): FM(?) + (?)

(2 em implantação)

Ucrânia Flotação catiônica reversa de silicatos e flotação direta (?): FM(?) + FC (?)

pelo menos 1

China Desconhecia (possivelmente flotação direta em células mecânicas convencionais)

pelo menos 2

Índia Flotação aniônica reversa de silicatos: FC pelo menos 1

Irã Flotação reversa de fosfatos: FM 1

TOTAL MUNDIAL CONHECIDO 26

FM: Flotação Mecânica

FC: Flotação em Coluna FP: Flotação Pneumática

Fonte: ARAÚJO; VIANA, 2003 apud ARAÚJO et al., 2013, p. 319

17

3.2.1 A flotação

Nos últimos cem anos o processo de flotação, em termos industriais, vem

sendo largamente utilizado, além de consagrado como o método mais empregado

na separação de minerais (NASCIMENTO, 2010).

A flotação consiste na flutuação de um material hidrofóbico sobre uma fase

líquida, enquanto que o material hidrofílico se deposita no fundo do recipiente. A

operação é realizada sob agitação da suspensão ou borbulhando-se ar através da

mesma (RABOCKAI, 1979 apud NASCIMENTO, 2010, p. 21). O processo de

flotação é considerado complexo por se basear nas diferenças das propriedades

físico-química das superfícies das partículas minerais, sendo que esta diferença se

relaciona ao conceito de hidrofobicidade (COSTA, 2009).

Deve-se destacar que os compostos químicos são divididos em apolares e

polares. Estas características são derivadas da presença, em sua molécula, de um

dipolo permanente. Quando estes compostos não apresentam dipolos permanentes,

são denominados apolares. Caso contrário, recebem a designação de polares

(COSTA, 2009).

Levando em consideração o sistema de flotação, o ar corresponde à fase

apolar, enquanto a água apresenta características de uma fase polar. Então, uma

substância hidrofóbica, possui maior afinidade pelo ar devido à sua superfície apolar.

Já uma partícula hidrofílica apresenta maior afinidade pela água devido à presença

de uma superfície polar (COSTA, 2009).

Consideram que a probabilidade de ocorrer a flotação de um determinada

partícula mineral é representada através de um produto de três probabilidades

individuais, como pode ser observado pela equação a seguir (ARAUJO et. al., 1995

apud BATISTELI, 2007, p. 33):

P = Pa . Pc . (1 - Pd)

Onde: P = probabilidade de flotação;

18

Pa = probabilidade de adesão entre partículas hidrofóbicas e bolhas de ar;

Pc = probabilidade de colisão bolha-partícula;

Pd = probabilidade do rompimento bolha-partícula.

A probabilidade de adesão (Pa), está diretamente ligado ao ambiente químico

predominante em um dado sistema de flotação, ou seja, essa probabilidade pode ter

por influência a mineralogia do mineral, os reagentes envolvidos no processo e as

condições da polpa, sendo controlada predominantemente pelas forças superficiais

(BATISTELI, 2007).

A probabilidade de colisão (Pc), é principalmente influenciada pelo tamanho

da bolha, tamanho da partícula e pela turbulência presente no sistema. As

probabilidades restantes (Pd e P), são governadas pela hidrodinâmica do sistema de

flotação (BATISTELI, 2007).

Este processo depende da aderência das partículas a uma interface. Por isso

os reagentes que controlam esses atributos são classificados de acordo com seu

papel no processo, em coletores, espumantes, coagulantes, floculantes e

modificadores de carga. Estes reagentes possuem uma função de extrema

importância na melhoria da eficiência dos processos envolvidos (SANTOS,2010).

Os coletores são classificados em espécies químicas possuidora de um grupo

funcional iônico, podendo ser classificados em polar ou apolar. Estes reagentes têm

por finalidade básica, se adsorverem a superfície das partículas, a fim de reforçar ou

induzir a hidrofobicidade da partícula mineral, visando um acréscimo na seletividade

(VERAS, 2010). Ao adsorverem-se sobre as partículas de uma determinada espécie

mineral, que na grande maioria das vezes são hidrofílicas, alteram-nas em

hidrofóbicas. O grupo polar do coletor deve apresentar afinidade pelo mineral a ser

flotado para que ocorra a adsorção, e as cadeias hidrocarbônicas do mesmo,

produzem a superfície hidrofóbica (NASCIMENTO, 2010).

O quartzo corresponde ao principal mineral de ganga presente em minérios

de ferro. Para concentrar o minério de ferro por flotação é usual utilizar um coletor

19

para hidrofobizar a ganga composta por silicatos, coletando o quartzo na fração

flotada. As aminas destacam-se como coletoras de silicato(ARAÚJO et al., 2013).

Os modificadores são espécies químicas que atuam na interface

sólido/líquido, assim como no bulk (seio da solução), e são classificados de acordo

com sua função, podendo ser considerado como: depressor, ativador ou regulador

(VERAS, 2010).

Os depressores são conhecidos como sais ou polímeros, empregados com o

intuito de adsorverem-se seletivamente na superfície dos minerais, que não se tem

interesse em flotar. Competem com os coletores nos sítios da interface

sólido/líquido, além de reforçar a hidrofilicidade dos minerais que não se deseja

flotar (VERAS, 2010).

Os minerais de ferro estão susceptíveis à flotação na presença de amina,

devido ao componente eletrostático do mecanismo de adsorção das aminas e

principalmente por possuírem maiores cadeias. Deste modo, torna-se essencial a

adição de um depressor, permitindo assim a seletividade do coletor para hidrofobizar

apenas o quartzo, reforçando o caráter hidrofílico dos minerais de ferro, tendo como

principais reagentes depressores os amidos (MAPA, 2006 apud SANTOS, 2010,

p.9).

Este depressor tem como característica, ser extraído por diversas espécies

vegetais (e. g. trigo, arroz, milho, mandioca, cassava, entre outros), portanto, devido

sua grande disponibilidade de quantidade, o amido de milho é eminentemente

empregado na indústria mineral (ARAUJO et al., 2005 apud SANTOS, 2010, p.9).

Insolúveis em água fria e dependente de um processo de gelatinização, os

amidos não modificados, podem ser realizados através de aquecimento e/ou adição

de NaOH (consiste no método mais aplicado, e o único utilizado industrialmente

(ARAUJO et al., 2005 apud SANTOS, 2010, p.10). Este processo de gelatinização

por adição de NaOH, fundamenta-se na adsorção de parte do álcali da solução

diluída de hidróxido de sódio pelas moléculas da suspensão do amido de milho. Tem

como principais variáveis do processo: os níveis de adição de NaOH, além do tempo

20

necessário a gelatinização (PERES et al., 1996; PERES et al. 2004, apud SANTOS,

2010, p.10).

Podem ser observados diversos processos de concentração via flotação para

minérios de ferro contendo ganga constituída por quartzo. Estas rotas podem ser:

flotação catiônica reversa de quartzo, flotação aniônica direta de óxidos de ferro e

flotação aniônica reversa de quartzo ativado (ARAÚJO et al., 2013).

3.2.1.1 Flotação aniônica direta de óxidos de ferro

O método de flotação direta com reagentes aniônicos foi o primeiro método

avaliado e aplicado nos óxidos de ferro (HOUOT, 1993; MONTES-SOTOMAYOR et

al., 1998 apud SANTOS, 2010, p. 11). A flotação aniônica direta é indicada para

minérios de baixo teor ou rejeitos descartados para barragem de rejeitos. Utilizam

principalmente os ácidos graxos como coletores. Reagentes depressores ainda são

estudados, pois a depressão dos minerais de ganga ainda é um desafio (ARAUJO et

al., 2004 apud SANTOS, 2010, p. 11).

O oleato de sódio tem sido utilizado para a flotação da apatita há muitos anos

(SHIBATA; FUERSTENAU, 2003 apud SANTOS, 2010, p. 11). Este coleta as

partículas que contém ferro, adsorvendo-se quimicamente na superfície dos

oximinerais, sendo estes coletados na espuma de flotação (HOUOT, 1983 apud

SANTOS, 2010, p. 11).

De acordo com Santos (2010, p.11), os parâmetros essenciais do processo

de flotação de ferro usando este coletor são:

i. Deslamagem na faixa de 15 micrômetros é indispensável, sendo conduzida pela separação em ciclones em dois estágios;

ii. Condicionamento em polpa espessa se é desejável uma elevada recuperação com a mínima adição de coletor. Está é a fase chave do processo. Isto representa 5 a 8 minutos de condicionamento para a polpa com 65% - 70% de sólidos;

iii. O ácido graxo mais seletivo é o ácido oleico, mas a espuma formada é de difícil operação. Desta maneira, torna-se mais atrativo o uso do tal oil, que é composto de uma mistura de ácido oleico e linoleico. Entretanto, a espuma pode ser controlada pela adição de MIBC (metil isobutilcarbinol).

21

3.2.1.2 Flotação aniônica reversa de quartzo ativado

Quando não havia a disponibilidade das aminas para os tratadores de

minérios, a flotação aniônica reversa de quartzo ativa era uma rota empregada no

passado (ARAUJO et al. 2013)

Nesta rota de flotação, os minerais ferríferos são deprimidos, sendo coletados

no interior da célula. Gomas, diversos tipos de amido ou dextrinas são os reagentes

geralmente utilizados. Ativa-se a sílica por um sal de cálcio, geralmente cloreto de

cálcio, sendo flotada, posteriormente, com ácidos graxos (HOUOT, 1983 apud

SANTOS, 2010, p. 12).

A utilização da flotação aniônica reversa do quartzo ativado para recuperação

de ferro de baixo teor (cerca de 31,6% de Fe) foi investigada experimentalmente. Os

resultados mostraram que o amido de cassava foi mais eficiente do que a dextrina,

considerando pH entre 10 e 11. A melhor concentração de íons de cálcio na ativação

e flotação do quartzo com ácido oléico ocorreu na faixa de 50 a 100 ppm

(UWADIALE; NWOKE, 1995 apud SANTOS, 2010, p. 12).

3.2.1.3 Flotação catiônica reversa de quartzo

A flotação catiônica reversa de quartzo corresponde ao método mais utilizado.

Este consiste na flotação do quartzo com éter aminas como coletores, além de

funcionarem também como espumante quando parcialmente neutralizadas com

ácido acético, pois sua solubilidade se mostra altamente reduzida. Geralmente os

graus de neutralização variam entre 25% e 30%. Para depressores, utilizam-se

amidos não modificados, pois são os mais utilizados para deprimir os minérios de

ferro por causa de sua disponibilidade e alta quantidade. O amido de milho reforça o

caráter hidrofílico dos mineras de ferro permitindo assim maior seletividade para o

coletor de quartzo (ARAUJO et al., 2005apud SANTOS, 2010, p.9).

Tendo como destaque a rocha itabirito, no Brasil a forma de concentração

mais empregada dos minérios de ferro com teor baixo corresponde à flotação

catiônica reversa, na qual o quartzo considerado mineral de ganga, é flotado e a

22

hematita considerada como concentrado, sai o afundado (SILVA, 2004 apud

COSTA, 2009, p. 24).

Gilmara Mendonça Lopes efetuou testes de flotação em escala de bancada

com quatro tipologias de minério de ferro do quadrilátero ferrífero. Os ensaios foram

realizados através de planejamento fatorial de experimentos (22) com réplica, cujas

variáveis estudadas foram dosagem de amina EDA da Clariant (75 g/t e 150 g/t) e

dosagem de amido de milho da Santa Amália (200 g/t e 400 g/t). Nesses ensaios

foram fixados o valor de pH em 10,5, porcentagem de sólidos em 45% em peso,

rotação da célula de flotação (CIMAQ com cuba de 1,5 L) em 1.200 RPM, tempo de

condicionamento com amido e amina em 5 minutos e 3 minutos, respectivamente. O

maior índice de seletividade (5,4) entre o Fe e o SiO2 foi obtido para a dosagem de

150 g/t de amina e de 400 g/t de amido, cujos teores de Fe e SiO2 no concentrado

foram de 65% e de 6,5%, respectivamente (LOPES, 2009).

23

4 METODOLOGIA

O trabalho foi desenvolvido no laboratório de Tratamento de Minérios do

CEFET-MG, Unidade Araxá.

4.1 Materiais

Foram usados os seguintes materiais disponíveis no laboratório:

Amostra de minério de ferro;

Balança semi-analítica;

Béqueres;

Estufa;

Peneiras;

Bandejas metálicas;

Recipiente (15 litros);

Célula de flotação;

Coletor: flotigam EDA;

Depressor: amido de milho;

Agitador magnético;

Ímã;

Pisseta;

Espátula metálica;

pHmetro ;

Solução padrão;

Hidróxido de Sódio.

4.2 Amostra

A amostra utilizada para o desenvolvimento deste trabalho foi fornecida pela

empresa Centaurus Metals, correspondente ao minério de ferro do depósito de

Jambreiro, situado na localidade de São João Evangelista, no município de

Guanhães-MG.

24

4.2.1 Preparação da amostra

A preparação da amostra foi realizada no laboratório. Primeiramente, foi feita

a homogeneização de aproximadamente 100kg de minério de ferro com o propósito

de se obter uma distribuição uniforme dos minerais constituintes. Este procedimento

foi executado, por tombamento, em uma lona, através da formação de uma pilha

cônica, e dividindo-se a mesma em quatro partes iguais.

Em seguida, houve a necessidade de quartear a amostra, que foi feito no

quarteador mecânico Jones, com o objetivo de dividir esta amostra primária em 10

amostras de aproximadamente 10 kg, esta etapa foi repetida ate a obtenção das

alíquotas de menor massa.

Logo após, esta foi submetida à etapa de moagem, realizada pelo moinho de

bolas (FIG 4.1).

Figura 4.1 – Moinho de Bolas

O procedimento de moagem foi a seco. O moinho de bolas (dimensões de

590 x 570 mm, volume de 151 L e 70% da velocidade crítica) foi alimentado com 30

quilos de material, com tempo de moagem de aproximadamente 1hora.

25

Logo após, houve necessidade de adequação granulométrica da amostra.

Esta foi realizada através do método de peneiramento manual a seco, com malha de

65 mesh, correspondente à série Tyler (abertura de 0,210 mm). O material utilizado

nos testes de flotação apresentava granulometria 100% abaixo de 0,210mm.

A grande quantidade de finos gerados pelo peneiramento, o qual é prejudicial

a flotação, devido esses finos recobrirem a superfície das partículas minerais e

impedirem a eficiência dos reagentes, houve a necessidade do material ser

submetido a etapa de deslamagem. O procedimento foi realizado em recipientes

com capacidade de 15 litros e amostras de aproximadamente 3 kg. Agitou-se a

polpa (composta por água mais sólidos) manualmente por cerca de 5 minutos. Ao

fim desta etapa, após a decantação do minério de ferro, retirou-se a água com as

lamas, e o material decantado foi levado para a estufa. Este foi seco em estufa a

100 °C, por aproximadamente 24 horas.

Após a etapa, o material foi submetido a sucessivos quarteamentos, até

serem obtidas amostras de massa necessária para a execução dos testes proposto

de flotação reversa, FIG. 4.2.

Figura 4.2 – Pilha de homogeneização e quarteamento

4.2.2 Caracterização da Amostra

4.2.2.1 Granulométrica

A análise foi feita pelo método do peneiramento a seco, com massa de 200g

26

de minério de ferro, e tempo de 10 minutos . As peneiras utilizadas e suas

respectivas aberturas estão apresentadas na TAB. 4.1. Decorrido o tempo, retirou-se

o conjunto e fez-se a pesagem do material retido em cada peneira e no fundo desse

conjunto para poder avaliar a quantidade de material passante.

Tabela 4.1 – Peneiras utilizadas

Diâmetro de abertura (mm)

Peneira Série Tyler

0,210 65#

0,149 100#

0,106 150#

0,053 270#

FUNDO

4.2.2.2 Caracterização Química

O material da alimentação foi enviado para o CEFET-MG, campus I, em Belo

Horizonte. A caracterização da amostra foi feita através do método de fluorescência

de raio X para a determinação das espécies químicas presentes na amostra.

Após a incidência dos raios-X, os átomos constituintes da amostra são

excitados, que por sua vez emitem linhas espectrais com energia característica de

cada elemento presente na amostra e suas intensidades estão diretamente ligadas

com suas concentrações. Resumidamente, este método consiste em três etapas

básicas: excitação dos elementos presentes na amostra, dispersão dos raios-X

característicos emitidos pela amostra e a detecção desses raios-X. São vários os

equipamentos que executam este método (IAEA, 1999apud SANTOS et al., 2013, p.

3416).

4.3 Planejamento dos experimentos

Conforme descrito anteriormente o objetivo do trabalho é avaliar a flotação

reversa de minério de ferro, investigou-se as variáveis operacionais como: dosagem

de coletor e dosagem de depressor, de acordo com um planejamento experimental

apresentado na TAB. 4.2.

27

Tabela 4.2 – Matriz de Planejamento

TESTE MATRIZ DE PLANEJAMENTO Dosagens

1 -1 -1 25 g/t 200 g/t

2 0 -1 75 g/t 200 g/t

3 1 -1 150 g/t 200 g/t

4 -1 0 25 g/t 400 g/t

5 0 0 75 g/t 400 g/t

6 1 0 150 g/t 400 g/t

7 -1 1 25 g/t 800 g/t

8 0 1 75 g/t 800 g/t

9 1 1 150 g/t 800 g/t

Coletor Depressor Coletor Depressor

Os níveis definidos para as variáveis operacionais foram baseados no

trabalho (GILMARA et al., 2009).

4.4 Teste de Flotação Reversa

Alguns parâmetros operacionais, foram mantidos constantes em todos os

testes de flotação reversa, eles estão apresentados na TAB. 4.3:

Tabela 4.3 – Parâmetros operacionais constantes

VARIÁVEL VALOR

Densidade da amostra (alimentação) 3,37 g/cm3

% sólidos no condicionamento 50%

% sólidos na flotação 40%

Rotação do rotor ou impelidor 1200 rpm

Ph 10

Volume da célula de flotação 1200 ml

Massa de sólidos 652,8 g

Regulador de pH NaOH

Tempo de condicionamento do depressor 5 min

Tempo de condicionamento do coletor 2 min

Vazão de gás 8 l/min

A partir do volume disponível da célula de flotação do tipo CDC, e da

porcentagem de sólidos, definidas para os testes, foi calculada a massa de sólido

alimentada na célula. A escolha dos valores foi baseada nos resultados

apresentador por GILMARA et al. (2209).

28

Inicialmente, calcula-se a densidade da polpa, através da Equação (1).

%100% xddd

dddS

ASP

aps

(1)

Onde: sd = densidade do sólido, considerada como 3,37 g/cm3;

Ad = densidade da água;

S% = considerada como 40%.

De posse do valor da densidade da polpa é possível calcular a massa de

polpa ( ) a partir da Equação (2):

pútilp xdvm (2)

Onde: = massa da polpa;

= densidade da polpa;

útilv = volume útil da cuba.

Em seguida, determina-se a massa de sólidos necessária para cada teste, a

partir da Equação (3):

(3)

A massa de sólidos é usada para calcular à massa de reagente necessária

para execução dos testes, conforme dosagens especificadas.

4.5 Preparação dos Reagentes

Posteriormente, procedeu-se à preparação dos reagentes, sendo estes o

coletor flotigam EDA (fornecida pela empresa Clariant), e o depressor amido de

milho. Foi feita a pesagem dos compostos químicos necessários a cada solução. O

29

método de preparação do depressor foi o processo de gelatinização, e para o coletor

efetuou-se somente a diluição a 1%.

A gelatinização foi feita usando a proporção de amido:soda de 4:1. Na

preparação do depressor a ser gelatinizado, misturou-se em um béquer 5 g de fubá,

45 g de água e 12,5 g de hidróxido de sódio (solução a 10%). Esta mistura foi

agitada por 10 minutos no agitador magnético. Após a agitação, houve a adição de

mais 104,16 g, e sua agitação por mais 10 minutos, obtendo-se o volume de 200 mL

de solução.

Considerando a massa de minério da alimentação, as dosagens de coletor e

depressor e a concentração das soluções, calculou-se a massa de solução de

coletor e depressor para os respectivos testes, de acordo com a Equação (4).

( )

(4)

Onde: = massa de reagente;

= massa de sólidos;

= dosagem dos reagentes segundo planejamento experimental;

= concentração do reagente empregada, considerando 1% para coletor e

2,5% para depressor.

4.6 Teste de Flotação

Para o início do teste, inseriu-se a amostra no interior da cuba, juntamente

com a água, formando-se uma polpa com 50% de sólidos. Ligou-se o rotor, a uma

rotação aproximada de 1200 rpm, de modo a homogeneizar a polpa. Regulou-se o

pH em 10 através da adição de hidróxido de sódio (solução a 10%), sendo

executada a aferição esta variável a partir de um pHmetro (Analyser, modelo ph300),

equipado com um eletrodo. O monitoramento do pH foi realizado ao longo de todo o

teste. Adicionou-se o depressor, mantendo-se a polpa condicionada por cinco

minutos. Posteriormente, adicionou-se o coletor, mantendo-se a polpa condicionada

30

por mais dois minutos. Após a adição dos reagentes, adicionou-se a água de

diluição para ajuste de porcentagem de sólidos para 40%.

Ligou-se o sistema de injeção de ar, dando início ao processo de flotação.

Recolheu-se a espuma, contendo o material flotado (rejeito) até completa exaustão

da mesma.O material flotado assim como o afundado, foram coletados conforme

mostrada na FIG. 4.3.

Figura 4.3 – Material flotado e material afundado respectivamente

Os produtos da flotação foram mantidos em estufa a 100ºC por,

aproximadamente, 24 horas. Após secos, foram pesados em balança semi-analítica.

O procedimento citado foi realizado para os demais testes, variando-se a

dosagem do coletor e dosagem do depressor.

4.7 Cálculo da densidade da amostra

A determinação da densidade da amostra, após a flotação reversa, foi

realizada utilizando picnômetros de 50 mililitros e balança semi-analítica.

31

A técnica utilizada para o cálculo da densidade dos sólidos foi a picnometria,

apresentada em SAMPAIO et al. (2007). As memórias de cálculo, podem ser

observadas nas tabelas descritas no ANEXO 1.

Esses picnômetros (Gay-Lussac) possuem volume de 50 ml, e exigem

balança com precisão de duas casas decimais. Para assegurar sua eficiência, os

picnômetros foram calibrados de acordo com a ABNT NBR ISSO/IEC 17025.

A partir da densidade de sólido calculada, o teor foi obtido através do peso

específico, conforme Equação (5). Visto que a partir de uma amostra que

basicamente é composta por dois minerais, a densidade media e proporcional ao

teor de cada mineral na mistura.

( - )

( - ) (5)

Onde: = porcentagem mineral minério;

= densidade do mineral minério (hematita), considerada como 5,01;

= densidade do minério;

= densidade da ganga (quartzo), considerada como 2,65 g/cm3.

De posse do valor do teor de hematita presente na amostra de minério de

ferro, e considerando que hematita é constituída de 69,96% de ferro, é possível

calcular o teor de ferro (%Fe) no concentrado de cada teste, a partir da Equação 6.

(6)

Para avaliar o desempenho do processo de flotação, há necessidade do

cálculo da recuperação metalúrgica bem como o cálculo da recuperação mássica

que são apresentas nas Equações 7 e 8, respectivamente.

32

( )

(( ) ) (7)

( ) (8)

Onde: = recuperação mássica;

= recuperação metalúrgica;

= massa do concentrado;

= massa do rejeito;

= teor da alimentação, considerado com 31,82%;

= porcentagem de ferro.

33

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1 Caracterização Química

A TAB. 5.1 apresenta os teores médios dos principais elementos que compõe

o minério de ferro, feito através da fluorescência de raio-X. A porcentagem do

mineral hematita é 46,46% (Fe2O3), que corresponde a um teor de Fe de 32,48%

Tabela 5.1 – Caracterização química (minério de ferro)

MINERAL TEOR (%)

SiO2 52,330

Fe2O3 46,461

SO3 0,607

K2O 0,309

CaO 0,223

MnO 0,061

Através do método da picnometria o teor alcançado foi de 45,53% de hematita

(Fe2O3), calculada mediante a Equação (5). Devido a pequena diferença de valor

obtido em relação ao método de fluorescência de raio-X esta técnica foi utilizada

para a obtenção dos resultados de teor de Fe para os demais testes, considerando

que a amostra é composta basicamente por dois minerais: hematita (Fe2O3) e

quartzo (SiO2), e que os demais minerais presentes compõe apenas 1,2% do total

da amostra sendo então desconsiderados durante a análise da picnometria.

5.2 Distribuição Granulométrica

A análise granulométrica da amostra de minério de ferro é apresentada no

GRÁF. 5.1, onde observou-se um D50= 0,12 mm e um D80= 0,18 mm característico

para esta análise, correspondente a 50% da amostra passante na peneira de

abertura igual a 0,12mm indicando que metade da amostra é menor que este

diâmetro, além de representar 80% da amostra passante na peneira de abertura

igual a 0,18 mm.

34

Gráfico 5.1 – Análise Granulométrica

5.3 Resultados dos Testes de Flotação

A TAB. 5.2 apresenta os resultados de recuperação mássica e o teores de Fe

obtidos nos experimentos, de acordo com o planejamento mostrado na TAB. 5.2.

Tabela 5.2 – Resultados de recuperação e teor dos testes de flotação

Teste Dosagem do coletor (g/t)

Dosagem do depressor (g/t)

Recuperação Mássica (%)

Teor Fe (%)

Alimentação 31,82

1 25 200 95,84 32,14

2 75 200 93,45 35,73

3 150 200 81,18 39,70

4 25 400 93,02 33,74

5 75 400 87,08 36,18

6 150 400 77,41 35,60

7 25 800 92,14 34,01

8 75 800 86,85 32,20

9 150 800 79,25 33,65

Observou-se que com o aumento da dosagem de coletor recupera-se mais

SiO2 (flotado), obtendo maior massa do flotado, ou seja, menor massa de Fe2O3

(afundado) como consequência, terá uma diminuição da recuperação mássica. Em

contrapartida terá um teor maior, pois a ganga tende a sair mais no flotado.

Nota-se que as alterações no valor da dosagem de coletor provocaram maior

variação no teor obtido no concentrado que as modificações na dosagem de

35

depressor, o coletor apresentou maior influência. A melhor recuperação mássica foi

alcançada no teste 1, 95,84% de concentrado, onde a dosagem de coletor foi 25g/t e

de depressor foi de 200 g/t.

O melhor teor encontrado no concentrado em comparação com todos os

testes efetuados ocorreu na dosagem de 150 g/t de coletor e 200 g/t de depressor

(teste 3).

De acordo com o GRÁF. 5.2, observa-se que com o aumento da dosagem de

coletor tem-se uma diminuição na recuperação mássica. Notou-se que a curva da

dosagem de depressor de 200g/t foi a de maior destaque por possui maior

recuperação mássica em relação às outras duas dosagens em toda a faixa de

dosagem de coletor.

Gráfico 5.2 – Recuperação Mássica x Dosagem de Coletor

Com relação às dosagens de depressor de 400 g/t e 800 g/t observou-se que

elas seguem um mesmo padrão para toda a faixa de dosagem de coletor. Porém,

esperava-se que a curva de dosagem de depressor de 800g/t atingisse a maior

recuperação mássica, uma vez que a alta quantidade de depressor utilizada deveria

ter deprimido uma maior massa de concentrado de ferro. Isso se deve ao fato de

que a dosagem de 200 g/t já é suficiente para a depressão do minério de ferro. A

36

variação da dosagem do depressor não mostrou-se significativa em relação a

recuperação mássica.

O GRÁF. 5.3 indica para a curva de dosagem de depressor de 200 g/t, que

houve uma depressão apenas da hematita, e quanto maior a dosagem dos

coletores, flota-se mais o que diminui a recuperação mássica. O quartzo por sua

vez, que não se encontra deprimido é flotado aumentando assim o teor final do

concentrado.

Gráfico 5.3 –Dosagem de Coletor x Teor

Para a curva de dosagem de depressor de 400 g/t, notou-se uma aumento no

teor de Fe em toda a faixa de dosagem de coletor até o valor de 75 g/t. A partir deste

ponto, manteve-se praticamente constante apresentando pouca oscilação,

considerando que a partir desta faixa de dosagem de coletor não há mais

seletividade na coleta, e por isso o teor se mantém semelhante ao de 150 g/t.

Contudo, para a dosagem de depressor de 800 g/t houve uma queda

significativa do teor da amostra, isto se deve ao fato de ter uma maior depressão

tanto de hematita quanto de quartzo numa quantidade expressiva, perdendo assim

seletividade, e por isso há uma diminuição no teor.

37

Observa-se, portanto que o aumento do teor é acompanhado de uma

diminuição na recuperação.

38

6 CONCLUSÃO

O presente trabalho apresentado mostrou que é possível atingir uma boa

recuperação mássica assim como um aumento de teor, através da flotação reversa

de minério de ferro do depósito de Jambreiro, com a utilização de amido de milho

como depressor e Flotigam EDA (eteramina) como coletor.

A análise feita pelo método da picnometria se mostrou eficiente, visto que o

resultado de teor obtido através da fluorescência de raio-X se mostrou semelhante

ao encontrado neste método.

O melhor resultado de teor (39,70% de Fe) foi alcançado com a dosagem de

coletor de 150 g/t e dosagem de depressor de 200 g/t. Este resultado se deve ao

fato de nesta condição haver uma maior depressão do mineral útil (hematita) e

flotabilidade seletiva do mineral de ganga (quartzo).

A melhor recuperação alcançada 95,84% de concentrado foi com dosagem de

25g/t e 200 g/t de coletor e depressor, respectivamente. Porem o teor obtido neste

ensaio foi de 32,14%, um enriquecimento de 1,01, considerado inviável para

utilização do método de flotação.

Comparando-se com os resultados fornecidos pela empresa Centaurus

Metals, que obtiveram por concentração gravítica em espirais uma recuperação

mássica total de 38 a 40 % e teor para concentrado fino (-1mm) de 66% e

concentrado grosso (-8+1mm) de 58%, pode-se concluir que o processo avaliado

por este trabalho não é uma rota alternativa interessante, visto que o método de

concentração gravítica para o mesmo minério é satisfatório e com custos de

processo menores.

39

7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Os resultados alcançados sugerem a realização dos seguintes estudos

futuros:

Realização dos testes na célula de flotação DENVER, pois a utilização da

célula CDC se mostrou ineficiente devido a cuba não ter dimensões

apropriadas para o rotor utilizado.

Avaliar o efeito da agitação, alterando a frequência do rotor (rpm) nos

resultados da flotação, pois a agitação utilizada demonstrou visualmente um

grande arraste das partículas de minério de ferro.

Estudar condições operacionais da flotação buscando um aumentar no teor

de ferro.

40

REFERÊNCIAS

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41

LOPES, Gilmara Mendonça. Flotação Direta de Minério de Ferro. Ouro Preto: Escola de Minas de Ouro Preto, 2009. 176 p. (Dissertação, Mestrado, Tratamento de Minérios e Resíduos). LOPES, Gilmara Mendonça.; LIMA, Rosa Malena Fernandes. Flotação inversa x flotação direta na concentração de minério de ferro. In: BRUM, Antônio Schadach de.; SAMPAIO, Carlos Hoffmann. XXIII Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa. Gramado, 2009. v. 1, p. 345-352. LOPES, Gilmara Mendonça.; LIMA, Rosa Malena Fernandes.; GONTIJO, Carlos de Figueiredo. Aspectos mineralógicos, físicos e químicos na flotação catiônica inversa de minérios de ferro de baixos teores, do Quadrilátero Ferrífero-MG. Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração. São Paulo.v. 8, n. 2, p. 126-131, abr 2011. MAZON, Ricardo. Efeito do Tempo de Residência sobre a Recuperação Metálica da Flotação Colunar Reversa de Minério de Ferro. Ouro Preto: Escola de Minas de Ouro Preto, 2006. 133 p. (Dissertação, Mestrado, Tratamento de Minérios). MOREIRA, Albina da Silva. Biossorção utilizando Alga Marinha (Sargassumsp.) Aplicada em Meio Orgânico. Natal: Departamento de Engenharia Química, 2007. 103 p. (Dissertação, Doutorado, Engenharia Química). NASCIMENTO, Débora Rosa. Flotação Aniônica de Minério de Ferro. Ouro Preto: Escola de Minas de Ouro Preto, 2010. 115 p. (Dissertação, Mestrado, Tratamento de Minérios). PORTES, Andréa Mírian Costa. Avaliação da Disposição de Rejeitos de Minério de Ferro nas Consistências Polpa e Torta. Belo Horizonte: Escola de Engenharia da UFMG, 2013. 154 p. (Dissertação, Mestrado, Geotecnia). ROSIÈRE, Carlos A.; JÚNIOR, Farid Chemale. Itabiritos e minérios de ferro de alto teor doQuadrilátero ferrífero – uma visão geral e discussão. Geonomos. Belo Horizonte. v. 8, n. 2, p. 27-43, 2000. SAMPAIO, João Alves.; FRANÇA; Sílvia Cristina.; BRAGA, Paulo Fernando Almeida. Tratamento de minérios – Prática laboratoriais. Rio de Janeiro: CETEM/MCT, 2007. 570 p. SANTOS, Elenir Souza; GAMA, Edinilton Moreira; FRANÇA, Robson Silva da; SOUZA, Anderson Santos; MATOS, Roberta Pereira. Espectrometria de

42

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43

ANEXO A– Resultado dos testes de Flotação Reversa

ALIMENTAÇÃO

CALIBRAÇÃO DO PICNÔMETRO

Teste 1 Teste 2 Teste 3 Teste 4 Teste 5

Volume do picnômetro (cm³) 50,09 50,83 51,05 51,05 52,37

TESTES DE PICNOMETRIA


Mpic. Seco (g) 31,83 31,40 29,64 29,92 28,98

Mpic. + amostra (g) 33,88 33,43 31,65 32,36 31,00

Mpic. + amostra + água (g) 83,13 83,44 81,90 82,47 82,56

Mpic. + água (g) 81,71 82,03 80,49 80,75 81,13


Msólido (g) 2,05 2,03 2,01 2,44 2,02

Mágua (g) 49,88 50,63 50,85 50,83 52,15

Dens.água (g/cm³) 0,996 0,996 0,996 0,996 0,996

Massa água (amostra) 49,25 50,01 50,25 50,11 51,56

Volume de água (cm³) 49,46 50,21 50,45 50,33 51,78

Volume de sólidos (cm³) 0,63 0,62 0,60 0,72 0,59

Densidade do sólido (g/cm³) 3,24 3,26 3,34 3,37 3,41

Densidade média do sólido (g/cm³) 3,37

c Fe3O2 (%) 45,53 c Fe (%) 31,82

44

TESTE 1






Mpic. Seco (g) 31,83 31,41 29,65 29,93 28,98

Mpic. + amostra (g) 34,01 33,47 31,82 31,96 31,58

Mpic. + amostra + água (g) 83,25 83,51 82,05 82,24 82,98

Mpic. + água (g) 81,76 82,09 80,56 80,79 81,13


Msólido (g) 2,18 2,06 2,17 2,03 2,6

Mágua (g) 49,93 50,68 50,91 50,86 52,15

Dens.água (g/cm³) 0,997 0,997 0,997 0,996 0,996

massa água (amostra) 49,24 50,04 50,23 50,28 51,40

Volume de água (cm³) 49,40 50,19 50,37 50,47 51,62

Volume de sólidos (cm³) 0,69 0,64 0,68 0,58 0,75

Densidade do sólido (g/cm³) 3,15 3,21 3,18 3,49 3,45


Massa Alimentação (g) 629,91

Dosagens

Massa Concentração (g) 603,69

25 g/t 200 g/t Massa Rejeito (g) 26,22

Coletor Depressor

Rmassa 95,84 Rmetalurgica 96,81

Massa adicionada

c Fe3O2 (%) 45,99

1,63 g 5,22 g c Fe (%) 32,14

Coletor Depressor

45

TESTE 2


Teste 1 Teste 2 Teste 3 Teste 4

Volume do picnômetro (cm³) 50,09 50,83 51,05 51,05



Mpic. Seco (g) 31,83 31,4 29,63 29,92

Mpic. + amostra (g) 33,99 33,55 31,75 31,98

Mpic. + amostra + água (g) 83,26 83,57 82,02 82,27

Mpic. + água (g) 81,72 82,05 80,61 80,78


Msólido (g) 2,16 2,15 2,12 2,06

Mágua (g) 49,89 50,65 50,98 50,86

Dens.água (g/cm³) 0,996 0,996 0,999 0,996

Massa água (amostra) 49,27 50,02 50,27 50,29

Volume de água (cm³) 49,47 50,20 50,34 50,48

Volume de sólidos (cm³) 0,62 0,63 0,71 0,57

Densidade do sólido (g/cm³) 3,47 3,40 2,98 3,60



Dosagens


75 g/t 200 g/t

Massa Rejeito (g) 42,51

Coletor Depressor


Massa adicionada

c Fe3O2 51,11

4,90 g 5,22 g

c Fe 35,73

Coletor Depressor

46

TESTE 3






Mpic. Seco (g) 31,84 31,4 29,65 29,94

Mpic. + amostra (g) 33,99 33,48 31,83 32


Mpic. + água (g) 81,7 82,02 80,49 80,77


Msólido (g) 2,15 2,08 2,18 2,06

Mágua (g) 49,86 50,62 50,84 50,83

Dens.água (g/cm³) 0,995 0,996 0,996 0,996

massa água (amostra) 49,250 50,020 50,270 50,250

Volume de água (cm³) 49,48 50,23 50,48 50,47





Dosagens


150 g/t 200 g/t


Coletor Depressor


Massa adicionada

c Fe3O2 56,79

9,79 g 5,22 g

c Fe 39,70

Coletor Depressor

47

TESTE 4






Mpic. Seco (g) 31,84 31,4 29,65 29,93

Mpic. + amostra (g) 33,91 33,58 31,75 31,96


Mpic. + água (g) 81,71 82,03 80,49 80,76


Msólido (g) 2,07 2,18 2,1 2,03

Mágua (g) 49,87 50,63 50,84 50,83

Dens.água (g/cm³) 0,996 0,996 0,996 0,996


Volume de água (cm³) 49,49 50,18 50,45 50,45





Dosagens


25 g/t 400 g/t


Coletor Depressor


Massa adicionada

c Fe3O2 48,26

1,63 g 10,44 g

c Fe 33,74

Coletor Depressor

48

TESTE 5






Mpic. Seco (g) 31,82 31,4 29,63 29,92

Mpic. + amostra (g) 33,84 33,54 31,66 32,95


Mpic. + água (g) 81,71 82,03 80,45 80,77


Msólido (g) 2,02 2,14 2,03 3,03

Mágua (g) 49,89 50,63 50,82 50,85

Dens.água (g/cm³) 0,996 0,996 0,995 0,996


Volume de água (cm³) 49,52 50,21 50,48 50,17





Dosagens


75 g/t 400 g/t


Coletor Depressor


Massa adicionada

c Fe3O2 51,76

4,90 g 10,44 g

c Fe 36,18

Coletor Depressor

49

TESTE 6






Mpic. Seco (g) 31,83 31,4 29,64 29,93

Mpic. + amostra (g) 33,96 33,75 31,73 32,98


Mpic. + água (g) 81,71 82,02 80,46 80,76


Msólido (g) 2,13 2,35 2,09 3,05

Mágua (g) 49,88 50,62 50,82 50,83

Dens.água (g/cm³) 0,996 0,996 0,995 0,996


Volume de água (cm³) 49,47 50,14 50,47 50,17





Dosagens


150 g/t 400 g/t


Coletor Depressor


Massa adicionada

c Fe3O2 50,93

9,79 g 10,44 g

c Fe 35,60

Coletor Depressor

50

TESTE 7






Mpic. Seco (g) 31,84 31,39 29,62 29,91

Mpic. + amostra (g) 33,69 33,16 31,61 31,92


Mpic. + água (g) 81,73 82,07 80,53 80,81


Msólido (g) 1,85 1,77 1,99 2,01

Mágua (g) 49,89 50,68 50,91 50,9

Dens.água (g/cm³) 0,996 0,997 0,997 0,997


Volume de água (cm³) 49,65 50,25 50,37 50,40





Dosagens


25 g/t 800 g/t


Coletor Depressor


Massa adicionada

c Fe3O2 48,65

1,63 g 20,89 g

c Fe 34,01

Coletor Depressor

51

TESTE 8






Mpic. Seco (g) 31,82 31,4 29,63 29,93

Mpic. + amostra (g) 34,05 33,56 31,66 31,95


Mpic. + água (g) 81,73 82,05 80,53 80,81


Msólido (g) 2,23 2,16 2,03 2,02

Mágua (g) 49,91 50,65 50,9 50,88

Dens.água (g/cm³) 0,996 0,996 0,997 0,997


Volume de água (cm³) 49,44 50,20 50,44 50,44





Dosagens


75 g/t 800 g/t


Coletor Depressor


Massa adicionada

c Fe3O2 46,06

4,90 g 20,89 g

c Fe 32,20

Coletor Depressor

52

TESTE 9






Mpic. Seco (g) 31,83 31,41 29,65 29,93

Mpic. + amostra (g) 34,01 33,47 31,82 32,04


Mpic. + água (g) 81,8 82,13 80,6 80,75


Msólido (g) 2,18 2,06 2,17 2,11

Mágua (g) 49,97 50,72 50,95 50,82

Dens.água (g/cm³) 0,998 0,998 0,998 0,995


Volume de água (cm³) 49,39 50,25 50,33 50,50





Dosagens


150 g/t 800 g/t


Coletor Depressor


Massa adicionada

c Fe3O2 48,14

9,79 g 20,89 g

c Fe 33,65

Coletor Depressor

Documents

FLOTAÇÃO REVERSA DE MINÉRIO DE FERRO PROVENIENTE DO ... · 4.3 Planejamento dos experimentos 26 4.4 Teste de Flotação Reversa 27 4.5 Preparação dos Reagentes 28 4.6 Teste de